Разрушители. Грибки и грядущая пандемия

Моноссон Эмили

Центр генетических ресурсов Дорена находится в живописнейшем месте: на востоке располагается национальный заповедник «Уилламетт», на юге простираются леса «Ампква» – рай из сосен и елей, чистых озер и заснеженных гор. Страсть Снежко – спасение деревьев путем создания устойчивых к ржавчине популяций с помощью селекции. Большая часть его работы направлена на выявление подходящих под этот запрос экземпляров, подтверждение их устойчивости, а затем обеспечение достаточного генетического разнообразия в восстановленных популяциях. Когда он впервые оказался в Центре генетических ресурсов Дорена в начале 1990-х годов, программа исследований пузырчатой ржавчины была сосредоточена на восстановлении сахарной и западной белой сосен и нуждалась в продуманной стратегии. По его словам, найти устойчивые деревья (так называемые материнские) относительно легко, но что делать дальше? Можно собирать их семена ведрами и сажать везде где придется, что, конечно, будет иметь результат, но в долгосрочной перспективе

генетического разнообразия может не хватить, чтобы эти новые популяции смогли пережить будущие болезни или экологические проблемы. И это не учитывая того факта, что саженцы, выращенные из устойчивого к ржавчине материнского дерева с севера, могут не прижиться на юге, а те, что росли на одной высоте относительно уровня моря, на другой вряд ли будут чувствовать себя так же хорошо. Играет роль и климат: некоторые деревья приспособлены к более влажной среде и наоборот. Если учитывать, по какому вектору идет изменение климата, со временем деревья, выращенные на юге, могут понадобиться на заметно теплеющем севере. Таким образом, деревья, с которых собирают семена, должны обладать устойчивостью и подходить к каждому региону¹⁶: от севера до юга, для высоко– и низкогорных территорий.

В настоящее время центр оценивает материнские деревья нескольких видов белых сосен, в том числе белокорую, на устойчивость к ржавчине. У белокорых сосен, как и у других, шишки растут высоко над землей, а это значит, что опытные альпинисты должны в течение сезона подниматься к кроне множество раз. При этом, в отличие от западной белой и сахарной, высота белокорой сосны гораздо меньше, поэтому процесс сбора шишек дается несколько легче. Сначала альпинисты поднимаются на деревья в июне, чтобы определить наиболее подходящие для селекционной посадки шишки, и заключают их в специальные клетки, которые должны защитить их от животных, ищущих богатые жиром семена. В конце лета происходят оценивание отобранных экземпляров и их сбор. Белокорые сосны опыляются ветром, то есть их семенные шишки оплодотворяются, когда созревают более мелкие пыльцевые шишки, напоминающие гроздь красных или фиолетовых ягод. Если рядом с вашим домом растут сосны, вы наверняка видели, какое огромное количество пыльцы выбрасывается в воздух в ветреный день. Большая ее часть прилипнет к лобовому стеклу, проникнет в наши дома, разлетится по полям и лесам, но меньшая все-таки выполнит основное предназначение. При этом семенные шишки одного материнского дерева, скорее всего, будут оплодотворены пыльцой нескольких других деревьев.

В первый год семенные шишки, как и пыльцевые, выглядят маленькими и красными. Они располагаются гораздо выше в кроне, и это обычная стратегия деревьев, направленная на то, чтобы уменьшить вероятность самооплодотворения. После оплодотворения для полного созревания шишкам и их семенам требуется 14 месяцев. Селекционеры разрезают несколько образцов от верхушки и вдоль стержня, чтобы найти семена со здоровыми зародышами¹⁷. Иногда шишка выглядит подходящей, но при детальном осмотре выясняется, что семена были съедены насекомыми или не опылены, а значит, в них нет здорового зародыша. В Центре генетических ресурсов Дорена шишки обрабатываются, сушатся, после чего можно извлекать семена, что может быть непростым делом, поскольку эволюционный процесс сделал их прочными и наиболее подходящими для клюва ореховки. Чтобы разбить шишки на части и не повредить семена, в ход идут резиновые мячики. Затем семена необходимо отделить от остатков шишки и просветить рентгеном, который покажет, в каких находятся здоровые зародыши белокорых сосен, а в каких – поврежденные или недоразвитые. Из хорошей шишки обычно извлекается несколько десятков семян.

После семена подготавливаются к хранению или посадке. Большинство ждут своего часа в морозильных камерах, где обязательно хранятся в тщательно промаркированных пакетах, чтобы и семя, и материнское дерево, с которого оно было получено, можно было легко найти в случае необходимости. Вывод семян из состояния покоя и подготовка их к тестированию на устойчивость – это отдельный процесс, растягивающийся месяцы, в течение которых выбранные экземпляры проходят такой же путь, какой их ждал бы в природе: они замачиваются, нагреваются, охлаждаются, как если бы их переносила в клюве ореховка и прятала в почве выше уровня моря. Хранение и подготовка семян требуют много времени и сил, и это только первый шаг в селекции, чтобы получить устойчивое к заболеванию дерево.

К 2021 году Центр генетических ресурсов Дорена протестировал саженцы примерно 1500 материнских деревьев белокорой сосны из штатов Орегон и Вашингтон. Поскольку пока не существует экспресс-теста, определяющего гены устойчивости, выявление подходящих деревьев происходит по тем же протоколам, которые были разработаны 50 лет назад для проверки устойчивости западной белой и сахарной сосен. Весь процесс – от сбора семян до выявления устойчивости – может занять до семи лет. При подготовке к каждому испытанию более 60 саженцев от 120 перспективных материнских деревьев выращиваются до двухлетнего возраста. Когда приходит время, около 7000 невысоких зеленых

малышей, ощетинившихся иголками, загружают в большую, похожую на ангар «туманную» камеру и обсыпают спорами грибков. Поскольку в природе хвоя белокорой сосны заражается спорами, которые выделяются из зараженных листьев Ribes, команда Снежко использует в качестве источника патогена листья, зараженные естественным путем. Для этого специалисты собирают листья, испещренные оранжевой ржавчиной, тысячами и загружают ими сетчатые стеллажи, подвешенные прямо над соснами. Поскольку для прорастания спор необходима влага, в камеру закачивается туман. Это идеальные место и условие для того, чтобы смоделировать ситуацию заражения, аналогичную природной. При этом она остается полностью контролируемой, потому что количество спор и уровень туманности можно регулировать. Как только дымка рассеивается, саженцы переносят на улицу и высаживают на грядки.

В течение следующих пяти лет большинство из них умрет от инфекции – одни быстро, другие со временем. Некоторые могут заболеть, но выздороветь. Некоторые выживут. Каждое материнское дерево оценивается в зависимости от устойчивости потомства. Если саженцы показывают высокий результат, им присваивается рейтинг A или В – такие деревья считаются пригодными для восстановления популяции. Остальные получают оценки от C до F. Ежегодно наивысший рейтинг присваивается приблизительно 10 % родительских деревьев, при этом принято ожидать, что в районах с высоким уровнем заражения пузырчатой ржавчиной из их потомков выживет только половина.

После многих лет испытаний специалисты Центра генетических ресурсов Дорена теперь гораздо лучше понимают закономерности распространения устойчивости к ржавчине в некоторых северо-западных районах. Снежко любит иллюстрировать свою работу с помощью карты мест обитания белокорой сосны в штатах Вашингтон и Орегон, на которую нанесены цветные круговые диаграммы. Зеленым в них обозначены материнские деревья с оценкой А, красным – неудачные попытки, а между ними располагаются по степени уменьшения устойчивости синий, желтый, оранжевый. На карте много красного цвета, особенно в восточном Орегоне, но есть и зеленый – вокруг национального парка «Маунт-Рейнир» в западно-центральной части штата Вашингтон.

Национальный парк «Кратер-Лейк» на юго-западе штата Орегон наполовину зеленый, наполовину синий. В 2006 году руководство перенесло парковку и создало новое открытое пространство, в котором Снежко и сотрудники парка увидели возможность для посадки устойчивых саженцев. За всеми деревьями, участвующими в селекционной программе, ведется наблюдение, но когда они высаживаются в отдаленных районах, это бывает трудно осуществить. Данные же саженцы находятся на виду, поэтому за ними легко следить. Также их расположение может послужить источником просвещения общественности в вопросах сохранения и восстановления природы. Команда Снежко вырастила саженцы, а сотрудники парка высадили около трехсот белокорых сосен высотой всего в десяток сантиметров каждое, дополнительно укрепив их небольшими кучками камней. Сорок саженцев – потомство деревьев с рейтингом А; остальные – С. Снежко говорит, что в испытании использовались саженцы, доступные на тот момент, тогда как в более поздних экспериментах используется потомство преимущественно из семейств с рейтингом А и В.

К 2021 году самые высокие деревья на бывшей парковке у «Кратер-Лейк» достигли 1,8 метра, причем некоторые из них покрылись ржавчиной и по крайней мере одно погибло, но большинство, по словам Снежко, выглядят «очень, очень хорошо»¹⁸. Пройдут десятилетия, прежде чем следующие поколения ученых точно узнают, насколько устойчивы эти деревья, но уже сейчас можно сказать, что начало положено. Популяция белокорой сосны еще не восстановлена, но у этого вида теперь тоже есть надежда¹⁹.

Здоровый лес – это динамичный ландшафт, в котором деревья и кустарники на протяжении длительного времени борются за господство. Один вид может десятилетиями властвовать над другими, пока ураган не вырвет его из земли или не сломает ствол, оставив после себя корягу без кроны. Подобные изменения позволяют менее теневыносливым деревьям, которые отсиживались в подлеске, занять свое место в верхнем ярусе. Некоторые выделяют химические вещества, привлекающие одних соседей и отпугивающие других. Все чаще вспыхивают лесные пожары по самым разным причинам: от меняющегося климата до методов управления лесами, – и огонь уничтожает огромное количество деревьев, что затрудняет восстановление лесов даже при самых благоприятных обстоятельствах. Учитывая все это, становится ясно, что для возрождения популяции белокорой сосны по всему ее ареалу требуется не просто посадка устойчивых к ржавчине семян или саженцев. Необходимо, чтобы вокруг обитало достаточное количество птиц, которые будут прятать и распространять семена. Необходимо анализировать, как изменилось растительное сообщество, какие другие хвойные деревья и кустарники выросли в подлеске после гибели сосен, существует ли риск пожара. Белокорые сосны раньше других видов способны колонизировать выжженную территорию, поскольку ореховки заботливо прячут их семена в землю, но эти деревья также очень восприимчивы к огню.